Файл: Практикум санктпетербург 2003 Министерство образования Российской Федерации.doc

Таким образом, определив значение n в формуле (26), можно установить в каком режиме движется воздух.

Показатель степени n в формуле (26) определяется логарифмированием уравнения (26) и подстановкой в полученное выражение двух пар соответствующих значений h₁, Q₁, и h₂, Q₂ . Тогда при постоянном значении R

lg h₁ = lg R + n lg Q₁ ;

lg h₂ = lg R + n lg Q₂ .

Вычитая из первого уравнения второе, получим

lg h₁ - lg h₂ = n ( lg Q₁ - lg Q₂ ),

откуда
n = ( lg h₁ - lg h₂ ) / ( lg Q₁ - lg Q₂ ) (27)
При выполнении лабораторной работы замеры величины депрессии h₁ и h₂ выполняются на участках 3–4 или 5–6. Каждый из этих участков прямолинеен, по всей длине имеет постоянную площадь поперечного сечения и закреплен одинаковой крепью. Поэтому единственным видом сопротивления движению воздуха на этих участках является аэродинамическое сопротивление трения R. Так как скорость движения воздуха по всей длине каждого из этих участков постоянна, то изменение скоростной депрессии здесь отсутствует. Поэтому депрессия, расходуемая на преодоление сопротивления участка, равна измеренной на этом участке статической депрессии, т.е. h _{ст 3-4} = h _{сопр 3-4} и h _{ст 5-6} = h _{сопр 5-6} (формулы (8) и (9)).

Одновременно с замером статической депрессии на исследуемом участке 3–4 или 5–6 выполняется замер статической депрессии на входе в установку h _{ст 0-1} для того, чтобы определить количество воздуха, поступающего в коллектор модели (см. работу 3). Если при этом шибер 2 полностью закрыт, то весь воздух, поступающий в коллектор, пойдет по верхней ветви и, следовательно, по участку 3–4, а если закрыт шибер 1 – по нижней ветви и участку 5–6.

При известном количестве воздуха средняя скорость его движения в любом сечении модели определяется по формуле
v _i = Q _i / S _i (28)
где: Q _i – расход воздуха в i-м сечении модели, м³ /с; S _i – площадь этого сечения, м² , принимается по табл.1.
План работы
1. Изучите общие сведения.

2. Вспомните устройство аэродинамической установки и правила измерения депрессии в ее точках.

3. Подготовьте табл.3.

4. Исследуйте режим движения воздуха в верхней ветви модели на участке 3 – 4, выполнив перечисленные ниже действия.

4.1. На участках 0–1 и 3–4 при полностью закрытом шибере 2 и полностью открытом шибере 1 измерьте статическую депрессию h

---

_{ст 0-1} и h _{ст 3-4.} Измерения производите одновременно, используя два микроманометра или микроманометр и тягомер; при наличии одного измерительного прибора замеры можно выполнять последовательно, сохраняя неизменными все условия измерений. При обработке результатов следует помнить, что величина депрессии h при замерах микроманометром и тягомером определяется по разным формулам (12) и (13). Исходные данные и результаты замеров занесите в табл.3.

4.2. Выполните те же измерения и действия, прикрыв шибер 1 наполовину (так, чтобы показания приборов изменились).

4.3. По формулам (22) и (23) определите количество воздуха, поступающего в коллектор, при каждом из 2-х положений шибера 1.

4.4. По формуле (28) определите среднюю скорость движения воздуха на участке 3–4 при каждом из 2-х положений шибера 1.

4.5. По формуле (25) определите гидравлический диаметр выработки на участке 3-4 (значения S и P указаны в табл. 1).

4.6. По формуле (24) определите число Re для участка 3-4.

4.7. По формуле (27) и результатам замеров депрессии h _{ст 3-4} и расхода воздуха Q _3-4 при двух разных положениях шибера 1 определите значение показателя степени n.

5. Исследуйте режим движения воздуха в нижней ветви модели на участке 5-6. Для этого выполните те же замеры и расчеты, что и в пункте 4, но при закрытом шибере 1 и открытом шибере 2.

6. Результаты сведите в табл.8. Сделайте выводы о режиме движения воздуха в верхней и нижней ветвях модели.

7. Оформите и защитите отчет.

Таблица 8

Исследуемая ветвь модели	Положение регулирующего шибера	Величина статической депрессии, мм. вод. ст.		Расход воздуха на участке Q m-n, м3 / с	Средняя скорость движения воздуха на участке V m-n, м / c	Число Рейнольдса Re	Показатель степени n
		h ст 0-1	h ст m - n
1	2	3	4	5	6	7	8
Верхняя	Ш1 открыт Ш1 прикрыт
Нижняя	Ш1 открыт Ш1 прикрыт

---

Примечание: для верхней ветви (m-n) = 3-4; для нижней – (m-n) = 5-6.

Контрольные вопросы
1. Чем турбулентный режим движения воздуха отличается от ламинарного?

2. От каких факторов зависит число Re?

3. Назовите критические значения числа Re.

4. Какова зависимость гидравлического диаметра D от S: линейная или отличная от линейной?

5. Можно ли по изложенной методике определить число Re и показатель степени n для участка 3-4, если оба шибера будут открыты?

6. Можно ли по изложенной методике определить число Re и показатель степени n для участка 4-8? Обоснуйте Ваш ответ.

7. Одинаково ли число Re для всех участков модели? Почему?

8. Меняется ли сопротивление участка 3-4 модели при изменении количества проходящего по нему воздуха?

9. Какие показатели в табл.8 характеризуют турбулентный режим?

10. Какова величина скоростной депрессии на участке 5-6?

11. Отличается ли на участке 5-6 величина h _ст от h _сопр и почему?

---

Работа 6. Измерение и исследование депрессии
вентиляционного участка

Цель работы: освоить опыт использования уравнения Бернулли для решения конкретных задач, закрепить навыки работы с измерительными приборами и обработки результатов измерений, ознакомиться с производством депрессионных съемок.
Общие сведения
В соответствии с формулой (8) уравнение Бернулли для любого участка модели между точками замера m и n (по ходу струи) может быть записано в виде:
h _{cоп р m-n} = h _{ст m-n}+ h _{ск m-n} (29)
где: h _{cопр m-n} -депрессия участка m-n, характеризующая потери давления (расход энергии) на преодоление сопротивления движению воздуха от пункта m к пункту n; h _{ст m-n}- статическая депрессия (разность статических давлений), создаваемая работой вентилятора между пунктами m и n модели; h _{ск m-n} -скоростная депрессия (разность скоростных давлений) между пунктами m и n.

В соответствии с формулой (7)
h _{ск m-n} = ( v _m² - v _n² ) γ / 2g (30)
Уравнение (29) показывает, что депрессия участка h _cопр равна алгебраической сумме статической h _ст и скоростной h _ск депрессий на этом участке. Статическая депрессия характеризует изменение энергии давления, а скоростная – изменение энергии движения воздушного потока на исследуемом участке.

Т аким образом, для того, чтобы установить величину депрессии h _cопр, расходуемой на преодоление сопротивление движения воздуха на каком-либо участке модели, нужно измерить статическую депрессию и среднюю скорость движения воздуха на этом участке. Статическая депрессия измеряется с помощью микроманометра или депрессиометра, а средняя скорость движения воздуха в любом сечении модели определяется по формуле (28).




Рис. 9. Схемы измерения статической депрессии участка в горной выработке (1 – трубка Пито, 2 – микроманометр, 3 – резиновые шланги)

На этих принципах основаны и депрессионные съемки в шахтах и рудниках.

---

Для измерения статической депрессии в реальной сети горных выработок применяют барометры различных конструкций и микроманометры.

В первом случае в определенных пунктах сети выработок по направлению движения воздушной струи барометром измеряют величину статического давления p _{ст i} . Разность давления в пунктах замера определяет статическую депрессию между этими пунктами; при этом учитывают поправки на разность высотных отметок и колебания величины атмосферного давления.

Во втором случае статическую депрессию между пунктами замера измеряют с помощью микроманометра и воздухомерных трубок (рис.9). При этом резервуар микроманометра с помощью резинового шланга подключают к штуцеру «-» трубки Пито, расположенной в сечении m-m, а измерительная трубка микроманометра – к штуцеру «-» трубки Пито, расположенной в сечении n-n.

Среднюю скорость движения воздуха в пунктах замера определяют с помощью анемометров, трубок Пито или специальных датчиков.
План работы
1. Вспомните основы аэромеханики, устройство аэродинамической установки, приборов и технику измерений.
2. Подготовьте табл. 3.

3. Исследуйте верхнюю ветвь модели при открытом шибере 1 и полностью закрытом шибере 2 (точки замера 0,1,2,3,4,8), выполнив перечисленные ниже действия.

3.1. Измерьте микроманометром статическую депрессию на каждом участке: h _{ст 0-1} , h _{ст 1-2} , h _{ст 2-3} , h _{ст 3-4} , h _{ст 4-8} .

3.2. Выполните эти же измерения нарастающим итогом: h _{ст 0-1} , h _{ст 0-2} , h _{ст 0-3} , h _{ст 0-4} , h _{ст 0-8} .

Контроль правильности измерений: h _{ст 0-2} = h _{ст 0-1 +} h _{ст 1-2} ;

…………………………………………..

h _{ст 0-8} = h _{ст 0-1 +} h _{ст 1-2} + h _{ст 2-3} + h _{ст 3-4} + h _{ст 4-8} .
Исходные данные и результаты измерений занесите в табл.3.

3.3. Определите расход воздуха в исследуемой ветви. Так как шибер 2 полностью закрыт, то весь воздух, поступающий в коллектор, движется по верхней ветви модели. Поэтому расход воздуха будет одинаковым на каждом участке, а величина его определяется через скорость движения воздуха в коллекторе v₁ по формулам (22) и (23).

3.4. По формуле (28) определите среднюю скорость v_i движения воздуха в сечениях пунктов замера (0,1,2,3,4,8).

---